Thermal conductivity and thermopower measurements in strongly correlated electron systems at low temperatures

Nous étudions les propriétés optiques de boîtes quantiques GaN/AlN élaborées par épitaxie par jets moléculaires sur substrats Si(111). La spectroscopie résolue en temps de l'émission collective de plans de boîtes quantiques nous conduit à une détermination appropriée de l'état fondamental des boîtes quantiques et du champ électrique interne le long de l'axe de croissance. Nous observons et modélisons une dynamique de recombinaison non conventionnelle des porteurs. Ces résultats préliminaires nous permettent de sélectionner les boîtes quantiques idéales pour l'étude individuelle en micro-photoluminescence. Nos mesures sur boîte unique révèlent des effets de diffusion spectrale que nous étudions en détails. En analysant la polarisation linéaire, nous observons des propriétés liées à la structure fine excitonique, très différentes de celles de boîtes quantiques étudiées auparavant, ce que nous expliquons à l'aide d'un modèle tenant compte des effets d'échange et d'anisotropie.

Uppsatsens utgångspunkt är att utforska olika tolkningar av begreppet hållbar utveckling och undersöka hur dessa har bidragit till att forma olika inriktningar inom hållbar stadsbyggnad. Utifrån olika tolkningar av hållbar utveckling, och inriktningar inom hållbar stadsbyggnad, skapas två idealtyper - en ekonomisk och en ekologisk. Dessa ligger till grund för konstruktion av ett  idéanalysinstrument, ett instrument som ska kunna användas för att analysera vilka idéer om hållbar utveckling som genomsyrar stadsbyggnadsprojekt med ett uttalat fokus på hållbar stadsbyggnad. Idéanalysinstrumentet testas sedan på stadsbyggnadsprojektet Norra Djurgårdsstaden i Stockholm genom en avslutande idéanalys.

L'objectif de ce mémoire est de présenter une étude aussi complète que possible de l'effet Stark dans les toupies asymétriques de type X2Y4 possédant le groupe de symétrie D2h et de l'appliquer au problème de la spectroscopie de l'éthylène piégé dans une zéolithe. Pour la première fois, un formalisme tensoriel adapté à l'étude de l'effet Stark pour la chaine de groupes O(3) D2h a été développé. Parallèlement au développement du modèle théorique, des programmes informatiques ont été mis au point sous la forme d'une nouvelle génération de logiciel appelé D2hTDS-ST utilisant une base plus simple, permettant une économie en temps de calcul. Sur la base des outils théoriques et informatiques ainsi qu'à partir des spectres expérimentaux enregistrés au laboratoire, nous avons fait une première estimation de la valeur du champ électrique effectif moyen produit par la silicalite-1. Les valeurs du champ électrique obtenues avec notre méthode sont cohérentes avec les valeurs obtenues par les calculs ab initio PBE1PBE6-31++G(2d,2p).

Le but de ce travail est de montrer comment la théorie des systèmes d'Euler permet de comparer, dans certaines extensions abéliennes, le module galoisien des unités globales modulo unités de Stark avec le module galoisien des p-classes d'idéaux. On ne s'intéresse ici qu'aux extensions abéliennes ayant pour corps de base k un corps quadratique imaginaire, ou un corps global de caractéristique non nulle. La conjecture de Gras prévoit que pour toute extension abélienne finie K/k, tout nombre premier p premier à [K : k], et tout Qp-caractère ψ irréductible et non trivial de Gal (K/k), les ψ-parties du groupe des p-classes de K et du groupe des unités de K modulo le groupe des unités de Stark ont le même cardinal. Après avoir démontré une version faible de la conjecture, nous reprenons la méthode des systèmes d'Euler afin d'étendre les résultats obtenus entre autres par Rubin, Xu et Zhao. Ensuite nous nous plaçons dans le cas où k est un corps quadratique imaginaire uniquement, et nous considérons une certaine Zp-extension k∞ de k, où p est un nombre premier différent de 2 et 3, décomposé dans k. Nous démontrons que pour toute extension finie K∞ de k∞ abélienne sur k, et tout Cp-caractère irréductible χ du sous-groupe de torsion de Gal(K∞/k), les idéaux caractéristiques des χ-quotients du module des p-classes et du module des unités modulo unités de Stark sont les mêmes. Il s'agit d'une des versions de la conjecture principale de la théorie d'Iwasawa, qui élargit un résultat de Rubin et Bley. C'est aussi une étape pour un travail ultérieur, où nous étendons un résultat de Rubin concernant la conjecture principale à deux variables

La recherche d'annulateurs du groupe des classes d'idéaux d'une extension abélienne de Q est un sujet classique et remonte à des travaux de Kummer et Stickelberger. La conjecture de Brumer-Stark porte sur les extensions abéliennes de corps de nombres et prédit qu'un élément de l'anneau de groupe du groupe de Galois, appelé élément de Brumer-Stickelberger, est un annulateur du groupe des classes de l'extension. De plus, elle stipule que les générateurs des idéaux principaux obtenus possèdent des propriétés bien particulières. Cette thèse est dédiée à la généralisation de cette conjecture aux extensions de corps de nombres galoisiennes mais non abéliennes. Dans un premier temps, nous nous focalisons sur l'étude de l'analogue non abélien de l'élément de Brumer, nécessaire à l'établissement d'une conjecture non abélienne. La seconde partie est consacrée à l'énoncé de la conjecture de Brumer-Stark non abélienne et à ses reformulations, ainsi qu'aux propriétés qu'elle vérifie. Nous nous intéressons notamment aux propriétés de changement d'extension. Nous étudions ensuite le cas spécifique des extensions dont le groupe de Galois possède un sous-groupe abélien H distingué d'indice premier. Sous la validité de la conjecture de Brumer-Stark associée à certaines extensions abéliennes, nous en déduisons deux résultats suivant la parité du cardinal de H : dans le cas impair, nous démontrons la conjecture de Brumer-Stark non abélienne, et dans le cas pair, nous établissons un résultat d'abélianité permettant d'obtenir, sous des hypothèses supplémentaires, la conjecture non abélienne. Enfin nous effectuons des vérifications numériques de la conjecture non abélienne permettant de démontrer cette conjecture dans les exemples testés.

Ce travail de thèse porte sur l'étude des propriétés optiques et électroniques des puits quantiques de GaN / AlGaN grâce à des techniques classiques de réflectivité résolue en angle et de photoluminescence, ainsi qu'avec la technique de photoluminescence résolue temporellement. Les expériences de photoluminescence en régime continu ont permis d'estimer les énergies des transitions excitoniques qui sont également accessibles en réflectivité. Ces techniques ont ainsi permis de mettre en évidence l'effet Stark dans les puits quantiques GaN / AlGaN. L'effet Stark sur les énergies de transition est cohérent avec la théorie des fonctions enveloppes. Les spectres de réflectivité permettent d'accéder à la force d'oscillateur des excitons grâce à leur modélisation par le formalisme des matrices de transfert, prenant en compte les phénomènes d'élargissement homogène et inhomogènes des transitions optiques. Enfin, les mesures de photoluminescence résolue en temps en fonction de la température, ont également permis d'extraire la force d'oscillateur qui est inversement proportionnelle au temps de recombinaison radiative. Cette étude a également permis de mettre en évidence l'effet Stark responsable de la diminution de la force d'oscillateur en fonction de l'épaisseur du puits quantique mais aussi en fonction de la composition d'aluminium. L'augmentation de l'épaisseur du puits entraîne une diminution du recouvrement des fonctions d'onde, et une augmentation de la composition d'aluminium intensifie le champ électrique et diminue également le recouvrement des fonctions d'onde.

Energy from the sun can be converted to low cost electricity using dye-sensitized solar cells (DSCs). Dye molecules adsorbed to the surface of mesoporous TiO2 absorb light and inject electrons into the semiconductor. They are then regenerated by the reduced redox species from an electrolyte, typically consisting of the iodide/tri-iodide redox couple in an organic solvent. In a solid state version of the DSC, the liquid electrolyte is replaced by an organic hole conductor. Solid state DSCs using 2,2'7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'-spirobifluorene (spiro-MeOTAD) have reached conversion efficiencies of up to 6 %, which is about half of the efficiency of the best iodide/tri-iodide cells.   Measurement techniques, such as spectroelectrochemistry and photo-induced absorption spectroscopy (PIA), were developed and applied to study the working mechanism of organic dyes in solid state DSCs under solar cell operating conditions. The energy alignment of the different solar cell components was studied by spectroelectrochemistry and the results were compared to photoelectron spectroscopy. PIA was used to study the injection and regeneration processes. For the first time, it was shown here that the results of PIA are influenced by an electric field due to the electrons injected into the TiO2. This electric field causes a shift in the absorption spectrum of dye molecules adsorbed to the TiO2 surface due to the Stark effect.   Taking the Stark effect into consideration during the data analysis, mechanistic differences between solid state and conventional DSCs were found. A perylene dye, ID176, was only able to efficiently inject electrons into the TiO2 in presence of lithium ions and in absence of a solvent. As a result, the sensitiser worked surprisingly well in solid state DSCs but not in liquid electrolyte ones. Regeneration of oxidised dye molecules by spiro-MeOTAD was found to be fast and efficient and spiro-MeOTAD could even reduce excited dye molecules.

abstract: This dissertation aims to study and understand relevant issues related to the electronic, spin and valley transport in two-dimensional Dirac systems for different given physical settings. In summary, four key findings are achieved. First, studying persistent currents in confined chaotic Dirac fermion systems with a ring geometry and an applied Aharonov-Bohm flux, unusual whispering-gallery modes with edge-dependent currents and spin polarization are identified. They can survive for highly asymmetric rings that host fully developed classical chaos. By sustaining robust persistent currents, these modes can be utilized to form a robust relativistic quantum two-level system. Second, the quantized topological edge states in confined massive Dirac fermion systems exhibiting a remarkable reverse Stark effect in response to an applied electric field, and an electrically or optically controllable spin switching behavior are uncovered. Third, novel wave scattering and transport in Dirac-like pseudospin-1 systems are reported. (a), for small scatterer size, a surprising revival resonant scattering with a peculiar boundary trapping by forming unusual vortices is uncovered. Intriguingly, it can persist in arbitrarily weak scatterer strength regime, which underlies a superscattering behavior beyond the conventional scenario. (b), for larger size, a perfect caustic phenomenon arises as a manifestation of the super-Klein tunneling effect. (c), in the far-field, an unexpected isotropic transport emerges at low energies. Fourth, a geometric valley Hall effect (gVHE) originated from fractional singular Berry flux is revealed. It is shown that gVHE possesses a nonlinear dependence on the Berry flux with asymmetrical resonance features and can be considerably enhanced by electrically controllable resonant valley skew scattering. With the gVHE, efficient valley filtering can arise and these phenomena are robust against thermal fluctuations and disorder averaging. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2017

Ce travail de thèse présente la modélisation théorique de l'expérience FORCA-G. L'objectif de cette expérience est la mesure des interactions à courte portée entre des atomes piégés dans un réseau optique et une surface massive à une grande précision. Nous nous sommes intéressés plus particulièrement à l'effet Casimir-Polder induit par la surface sur les atomes. Le but était de fournir la prédiction la plus précise possible des états atomiques. Ceci a consisté à considérer les effets de la température sur l'interaction Casimir-Polder et modéliser la surface de la manière la plus réaliste possible. Afin de résoudre le problème de divergence qu'impliquait un traitement perturbatif de l'interaction atome-surface, nous avons développé une méthode numérique pour un traitement non-perturbatif de l'interaction Casimir-Polder et modélisé l'interaction atome-surface à très courte distance par un potentiel de Lennard-Jones. Chaque effet et incertitude sur les états atomiques ont été évalués afin de déterminer s'ils seraient observables ou un facteur limitant en regard de la précision visée par l'expérience. Enfin nous nous sommes intéressés au cas d'un déséquilibre thermique entre la température du miroir et la température de l'environnement qui pourrait être induit par les lasers en présence ou un laser de chauffage. Nous avons calculé la correction du potentiel Casimir-Polder due au déséquilibre et évalué l'effet sur les niveaux d'énergie atomiques pour déterminer si cet effet pouvait être mesuré. / This thesis presents the theoretical modeling of the experiment FORCA-G. The purpose of this experiment is to measure short-range interactions between trapped atoms in an optical lattice and a massive surface with a high precision. We are focused on Casimir-Polder effect induced by the surface on the atoms. The aim was to give the most possible precise prediction of atomic states. This work took the temperature effects on Casimir-Polder interaction into account, modelled the surface of the experiment. In order to solve the divergence problem due to the perturbative treatment of the atom-surface interaction, we developed a digital method for a non-perturbative treatment of the Casimir-Polder interaction and modelled the short-range atom-surface interaction by a Lennard-Jones potential. Each effect and uncertainties on the atomic states were evaluated so that we know if they could be observable or a limiting factor compared to the experiment precision. Finally we were focused on an out of thermal equilibrium situation between the miroir and environment temperature which may be induced by the lasers. We computed the correction to the Casimir-Polder potential due to this disequilibrium and evaluated the effect on the atomic states.